1
Transport
Geant4 · referencyjne listy fizyki · ewaluowane dane neutronowe
Neutrony reagują w detektorze; odrzuty, cząstki alfa i fragmenty rozszczepienia są śledzone krok po kroku, a każdy elektron jonizacji zostaje zapisany w miejscu powstania.
Geant4 · MFEM · Magboltz · Shockley–RamoOd neutronu
Od neutronu
do impulsu.
Geant4 Linked Electron–Ion Plasma, Neutron Interaction & Response
GLEIPNIR symuluje to, co dzieje się wewnątrz gazowego detektora napromienianego neutronami: od pierwszego neutronu, przez każdy elektron jonizacji, aż po impuls na elektrodzie odczytowej. BIFROST pozwala oglądać to na żywo w przeglądarce.
komora współosiowa · P-10 · +300 Vr = 3 → 25 mm
169,1MeV
⟨TKE⟩ termicznego rozszczepienia ²³⁵U
literatura ~168 MeV
4,12×10⁶
par jonów z jednego zatrzymanego fragmentu
E/W = 3,85×10⁶ · +7,2 %
321fC
ładunek indukowany, zdarzenie referencyjne
152 fC z rekombinacją
6,1×10⁻⁴
domknięcie Shockleya–Ramo
twierdzenie ścisłe · tol. 10⁻²
Potok obliczeń
Jedna konfiguracja. Pięć etapów.
Każdy elektron policzony.
Każdy etap przekazuje następnemu ściśle określony produkt danych. Jeden plik JSON opisuje geometrię, materiały, źródło, fizykę i parametry numeryczne dla wszystkich etapów, a każdy z nich domyka własny bilans energii lub ładunku.
2
Ładunek przestrzenny
elementy skończone · równoległe rozwiązanie równania Poissona
Jonizacja staje się gęstością ładunku na siatce (metoda cloud-in-cell); równanie Poissona daje potencjał polaryzacji i ładunku przestrzennego na dopasowanej siatce pierścieniowej.
3
NIDHOGG
nieustalone Monte Carlo · przekroje czynne Magboltz
Każdy elektron traci energię w gazie (zderzenia sprężyste, wzbudzenia, jonizacja, przyłączenie, transfer Penninga), aż ulegnie termalizacji, ucieknie lub zostanie przyłączony.
4
EIR
Onsager → Jaffé → Boag
Opcjonalna rekombinacja, stosowana jako łańcuch przeżycia w kolejności skal czasowych: geminalna, kolumnowa, a na końcu objętościowa. Wyłączona niczego nie zmienia.
5
Sygnał
Shockley–Ramo · przedwzmacniacz · układ kształtujący · ADC
Ruch nośników indukuje prąd na elektrodzie odczytowej; wyidealizowany tor elektroniki zamienia go w przebiegi i parametry impulsów.
Dołączone są trzy przykładowe detektory: skrzynka z gazem, komora jonizacyjna i komora rozszczepieniowa, a każdy przebieg jest deterministyczny przy ustalonym ziarnie losowania.
Silnik elektronowy
NIDHOGG
Non-equilibrium Ionization & Degradation of High-energy electrons in Gaseous Geometries
Etap 3 GLEIPNIR, a zarazem kompletny kod sam w sobie. Daj mu elektrony z położeniami, czasami i energiami wewnątrz objętości gazu, a prześledzi każdy z nich i każdy elektron, który wybiją, aż każdy ulegnie termalizacji, ucieknie albo zostanie wychwycony.
„Coś zjada moje elektrony”.
Tak zaczęła się ta nazwa. Ładunek zrodzony w gazie ginął, zanim dotarł do elektrody: wychwycony, zrekombinowany, przepadł. A gdy wreszcie narysowano tory elektronów, okazało się, że one nie lecą. One pełzną: tysiące krótkich lotów przerywanych zderzeniami, wijących się w gazie jak wąż. W mitologii nordyckiej wąż, który w ciemności podgryza korzenie drzewa świata, to Níðhöggr. Nazwa pasowała.
elektrony źródłoweelektrony wtórne z jonizacjielektrony z przejść Penninga
To nie ilustracja. Zdarzenie 0 dołączonego demo: 25 elektronów źródłowych o energii 1–200 eV i wszystkie wybite przez nie elektrony wtórne, w P-10 przy 200 V/cm, z położeniami zapisywanymi co 2 ps (rzut x–z). Średnio elektron kończy 50 µm od miejsca narodzin, żaden dalej niż 0,2 mm, wszystkie w ciągu 5 ns.Gleipnirpęto, które skrępowało wilka Fenrira, utkane z rzeczy, które nie istnieją
Bifröstpłonący tęczowy most między światami
Níðhöggrwąż podgryzający korzenie drzewa świata
Co potrafi, samodzielnie
Nieustalony, ograniczony, indywidualnyElektrony wchodzą tam i wtedy, gdzie i kiedy wskaże źródło, wewnątrz prostopadłościanu lub rury, a każdy jest śledzony osobno, z pełnym pochodzeniem aż do rodzica.
Prawdziwe przekroje czynneDane Magboltz dla dowolnej mieszaniny, sprawdzone na minimum Ramsauera i szczycie jonizacji argonu. Przybliżone wbudowane tabele dla Ar, CH₄, N₂, O₂, CO₂ i He jako wyraźnie oznaczona rezerwa.
Wszystkie procesyRozpraszanie sprężyste, wzbudzenia poziom po poziomie, jonizacja z widmem wtórnych Opala–Petersona–Beaty'ego, przyłączenie i transfer Penninga.
PolaJednorodne, analityczne współosiowe albo dowolna stablicowana mapa, np. rozwiązanie metodą elementów skończonych; pola magnetyczne z integratorem Borisa.
Bilans energii, który się domykaWstrzyknięta + praca pola = zdeponowana w kanałach + przyłączona + uciekła + końcowa kinetyczna, z dokładnością ok. 10⁻¹³ względnie. Testy nie przechodzą powyżej 10⁻⁹.
Wyniki, z których da się korzystaćHistorie elektronów, statystyki zderzeń według procesu i poziomu, EEDF próbkowana w czasie, wartość W oraz odcinki trajektorii do indukcji sygnału.
Referencja rojowa obokOpcjonalnie standardowy przebieg rojowy Magboltz przy tym samym polu trafia obok wyników jako niezależne sprawdzenie.
Deterministyczny, gotowy do sprzężeniaTo samo ziarno, ten sam wynik, a transport postępuje w czasie w dowolnym zadanym polu: dokładnie tak, jak potrzebuje samouzgodniona pętla ładunku przestrzennego.
Kody rojowe (Magboltz)
Stan ustalony, bez granic
- Nieskończony gaz przy jednym ustalonym polu zredukowanym
- Całkowanie, aż rój osiągnie równowagę
- Na wyjściu współczynniki transportu: dryf, dyfuzja, Townsend
- Brak sposobu, by wstrzyknąć dany elektron w danym miejscu i czasie
NIDHOGG
Nieustalony, ograniczony, elektron po elektronie
- Skończona objętość, ze ściankami, przez które elektrony mogą uciec
- Elektrony wstrzykiwane w ich własnych położeniach, czasach i energiach
- Na wyjściu historie, liczniki zderzeń, EEDF, W i trajektorie
- Magboltz dostarcza tego, w czym jest autorytetem: przekrojów czynnych i roju referencyjnego
Rozkład energii elektronów
Próbkowany w czasie przez całą degradację, co jest nieobciążone, bo loty null-collision kończą się równomiernie w czasie. Dołączone demo: 60 elektronów o energii 1–200 eV w P-10 przy 200 V/cm, policzone z oboma zestawami przekrojów czynnych.
przekroje czynne Magboltztabele wbudowane
Dokąd idzie energia
Energia oddana gazowi według kanału, dla tego samego demo z każdym zestawem przekrojów czynnych. Progi jonizacji zabierają ponad połowę, niskie poziomy oscylacyjne metanu mniej więcej od jednej szóstej do jednej piątej.
przekroje czynne Magboltztabele wbudowane
Setki tysięcy zderzeń, kilkaset jonizacji
Dlaczego degradacja elektronów jest kosztowna: wolne elektrony odbijają się sprężyście raz za razem, tracąc za każdym razem drobny ułamek energii, a jonizacje są rzadkie. Skala logarytmiczna.
przekroje czynne Magboltztabele wbudowane
Demo w liczbach
Te same elektrony, to samo ziarno, dwa zestawy przekrojów czynnych.
Używaj bez GLEIPNIR
NIDHOGG ma własny wiersz poleceń i nie wie nic o GLEIPNIR: na wejściu gaz i lista elektronów, na wyjściu wyniki. Zasilić go może cokolwiek: Geant4, inny kod transportowy albo plik napisany ręcznie. Może się przydać:
- twórcom detektorów gazowych wybierającym gaz roboczy, którzy potrzebują wartości W, podziału na wzbudzenia i wpływu transferu Penninga dla mieszaniny;
- każdemu, kto potrzebuje wiedzieć, gdzie i kiedy elektrony się termalizują, jako punktu startowego modeli dryfu, dyfuzji lub rekombinacji;
- radiochemikom i fizykom plazmy, którzy potrzebują wydajności wzbudzeń i jonizacji według procesu i poziomu;
- dydaktykom: czytelne, deterministyczne Monte Carlo, którego księgi energii bilansują się do 10⁻¹³;
- twórcom kodów, którzy chcą mieć nieustaloną referencję obok kodu rojowego w stanie ustalonym.
Wejście
- elektrony: położenie, czas, energia, kierunek, waga
- gaz: mieszanina, ciśnienie, temperatura, objętość
- opcjonalnie pola elektryczne i magnetyczne
NIDHOGG
Wyjście
- historia każdego elektronu, z jego rodzicem
- liczniki zderzeń według procesu i poziomu
- rozkład energii elektronów
- wartość W i domknięty bilans energii
- trajektorie do indukcji sygnału
Wyniki
Komora rozszczepieniowa od początku do końca.
Komora współosiowa z warstwą U₃O₈ o grubości 2 µm (90 % ²³⁵U) na anodzie o średnicy 3 mm pod napięciem +300 V, P-10 do r = 25 mm i wiązka neutronów termicznych. 10 000 neutronów, ziarno 12345. Każda liczba poniżej pochodzi z zapisanego przebiegu projektu.
Porównanie z wartościami opublikowanymi
Odchylenie każdej symulowanej wielkości od wartości referencyjnej na tle przyjętego pasma tolerancji. Tolerancje ustala się przed porównaniem i nigdy nie poszerza ich później. Wszystkich osiem mieści się w swoim paśmie. To benchmarking i weryfikacja, a nie walidacja (zob. Weryfikacja).
symulacja − referencjaprzyjęta tolerancja
Pokaż jako tabelę
Ładunek impulsu na zdarzenie rozszczepienia
Ładunek indukowany dla każdego zdarzenia rozszczepienia, bez rekombinacji i z rekombinacją (EIR). Rekombinacja kolumnowa usuwa większą część większych impulsów.
EIR wył.EIR wł. (Onsager + Jaffé + Boag)
Pokaż jako tabelę
Dokąd trafiają pary jonów
Zdarzenie referencyjne 1714: 101,6 MeV zdeponowane w gazie. Pary jonów docierające do etapu sygnału, podzielone na te usunięte przez rekombinację i te, które przetrwały.
przetrwałyJaffé (kolumnowa)Onsager (geminalna)
Pokaż jako tabelę
3,96×10⁶
par dociera do etapu 4
96 %
z Egas/W
49 %
przetrwa EIR
Rozszczepienie
Rozszczepienie HP w Geant4 z jonami fragmentów według wydajności z G4NDL.
37
rozszczepień / 10⁴ n
94,6 · 138
szczyt lekki · ciężki (u)
100,4
⟨E⟩ lekkiego fragmentu, MeV
68,8
⟨E⟩ ciężkiego fragmentu, MeV
Fragmenty w gazie
22 mm P-10 zatrzymuje fragment, więc liczba par zależy od całej energii fragmentu.
14,6 mm
średnia długość śladu
86 %
zatrzymuje się w gazie
72,9
średnia Edep, MeV
28
fragmentów weszło do gazu
Rój elektronów
P-10, 152 V/cm, 760 Torr, 20 °C: plateau prędkości dryfu.
5,48
prędkość dryfu, cm/µs
24,6 eV
wartość W (rP = 0,45)
0,337 eV
średnia energia elektronu
9 295
śledzonych elektronów
Wizualizator
BIFROST
Bridged Interactive Framework for Rendering, Observation & Simulation Telemetry
Dwukierunkowy wizualizator działający w przeglądarce. Pokazuje symulację w trakcie jej trwania, w 3D i na wykresach na żywo, a do tego odpowiada: który przypadek uruchomić, z jakimi ustawieniami i kiedy wystartować, wstrzymać, wznowić lub przerwać. Zakończony przebieg odtwarza się tak samo.
W obie stronyOglądaj, jak przebieg napływa, i steruj nim: wybierz gotowy przypadek, ustaw jego parametry, a potem start, pauza, wznowienie lub przerwanie.
Nigdy nie przeszkadzaNieużywany nic nie kosztuje, a jeśli go nie ma, gdy przebieg startuje, przebieg idzie dokładnie tak, jak poszedłby bez niego.
Zapis i odtwarzanieKażdą sesję można później odtworzyć, a zakończony przebieg otwiera się w ten sam sposób.
Niezależny od silnikaNie wie nic o żadnej konkretnej symulacji. GLEIPNIR jest po prostu pierwszą, z którą rozmawia.
symulacjaGLEIPNIRdziała gdziekolwiek: stacja robocza, serwer, kontener
geometria · pola · ślady · wyniki detektorów · postęp
przypadek · ustawienia · start · pauza · wznowienie · przerwanie
wizualizatorBIFROSTw przeglądarce: scena 3D, wykresy, sterowanie
Na żywo w trakcie przebiegu albo odtworzone z zakończonego przebiegu.
Zrzut ekranu niedostępny.
01 · POLA
Zobacz pole, w którym dryfują elektrony
Zanim cokolwiek ruszy, Draw fields w kilka sekund rozwiązuje pole polaryzacji wybranego przypadku i maluje potencjał na płaszczyznach przekroju komory: dwóch osiowych półpłaszczyznach i dysku w płaszczyźnie środkowej, na tle półprzezroczystej anody, powłoki U₃O₈, gazu roboczego i obudowy. Tu przypadek fc-600V, od 0 do 600 V.
- Rysowane przed przebiegiem, z rozwiązania samej polaryzacji
- W przebiegu z benchmarkami rozwiązane pole zgadza się z analitycznym prawem 1/r z medianą odchylenia 0,25 %
- Jeden przełącznik je ukrywa; nowa geometria je czyści
Zrzut ekranu niedostępny.
02 · ŚLADY
Zobacz, jak fragmenty rozszczepienia opuszczają anodę
Po przebiegu Draw tracks pokazuje, co wydarzyło się w gazie: wszystkie 3632 ciężkie ślady naładowane, z fragmentami rozszczepienia wylatującymi z pokrytej anody, oraz równomierną próbkę 50 000 z 847 717 elektronów wtórnych w miejscach ich narodzin. Ten sam przebieg fc-600V, 10 000 neutronów.
- Suwak czasu z przyciskiem Play przechodzi przez historię na jednym wspólnym zegarze
- Próbkowanie i kroki czasowe wymieniają szczegółowość na szybkość, na bieżąco
- Każda warstwa ma własny kolor i przełącznik
Zrzut ekranu niedostępny.
03 · DETEKTORY
Każdy wirtualny detektor na wykresie, na bieżąco
GLEIPNIR agreguje swoje wirtualne detektory w trakcie przebiegu, a BIFROST rysuje je na żywo w zakładce Detectors. Dla tego przebiegu fc-600V z 10 000 neutronów: 1492 MeV zdeponowane, 126 zdarzeń z depozytem, 37 rozszczepień wywołanych neutronami; dalej widma energii na zdarzenie i amplitud impulsów, energia według objętości i cząstki, oddziaływania neutronów według procesu, ciężkie ślady według klasy, energia i promień narodzin elektronów, historia przebiegu oraz długość ciężkiego śladu względem energii. Każdy wykres opisuje jedno zdanie. Przewiń wewnątrz ramki, aby zobaczyć wszystkie piętnaście.
Wykresy
Wykresy, które rysuje potok.
Narysowane przez analizę projektu z zapisanego przebiegu i pokazane w motywie strony (opisy na wykresach są po angielsku). Kliknij wykres, aby go powiększyć.
Uczciwie z założenia
Cztery słowa, trzymane osobno.
Testowanie, weryfikacja, benchmarking i walidacja odpowiadają na różne pytania. Repozytorium używa każdego z tych słów ściśle, oznacza nim każde twierdzenie i otwarcie podaje swoje luki.
Testowanie
Czy kod robi to, co zamierzył autor?
~380 testów jednostkowych, integracyjnych, porównań z wynikami wzorcowymi i testów determinizmu we wszystkich pakietach.
wdrożone
Weryfikacja
Czy równania są rozwiązywane poprawnie?
Bilans energii domknięty z dokładnością < 10⁻⁹, domknięcie Ramo, ścisła księgowość EIR, analityczne prawa pola.
wdrożone
Benchmarking
Czy zgadza się z innymi kodami i opublikowanymi liczbami?
Wartość W, prędkość dryfu, TKE rozszczepienia i szczyty mas, pary jonów na fragment.
8 / 8 w tolerancji
Walidacja
Czy zgadza się z niezależnymi pomiarami eksperymentalnymi?
Wymaga danych eksperymentalnych poziomu 1; każdy rekord zbioru A ma dziś poziom 2.
jeszcze brak
GLEIPNIR nie ma obecnie żadnego zwalidowanego komponentu. Wartość W dla P-10, oceniona względem zbioru opublikowanych wartości według ISO 13528, leży tuż poza pasmem: Eₙ = −1,24. Projekt mówi o tym otwarcie, zamiast poszerzać tolerancję, żeby to ukryć: to praca w toku i pierwsza rzecz, którą poprawiamy.
Kierunki
Zbudowany jako ogólny.
Sprawdzony na jednej komorze.
GLEIPNIR zaprojektowano jako ogólny model odpowiedzi objętości gazu pod napromienieniem. Jak dotąd od początku do końca przeprowadzono jedną konfigurację. Oto odległość między jednym a drugim i plan, jak ją pokonać.
01
Czym ma być
Ogólnym modelem odpowiedzi dowolnej objętości gazu pod napromienieniem: komór rozszczepieniowych, komór jonizacyjnych, tarcz gazowych, komórek gazowych pompowanych wiązką. Nic o detektorze nie jest wkompilowane. Komora to plik konfiguracyjny, a każdy etap po Geant4 czyta położenia, czasy i energie, nigdy to, co je wytworzyło.
GeometriaDowolna liczba prostopadłościanów i powłok rurowych, rozmieszczanych swobodnie i sprawdzanych pod kątem nakładania się przy starcie.
MateriałyMieszaniny gazów z 15 wbudowanych składników plus dowolny pierwiastek NIST, przy dowolnym ciśnieniu i temperaturze; materiały NIST; ciała stałe ze składem izotopowym dla każdego pierwiastka.
FizykaDowolna referencyjna lista fizyki Geant4, z precyzyjnymi danymi neutronowymi poniżej 20 MeV, oraz warianty EM wybierane po nazwie.
PolaSiatki prostopadłościenne lub dopasowane cylindryczne, dowolne potencjały elektrod, równoległe rozwiązanie równania Poissona.
ElektronyPrzekroje czynne Magboltz dla dowolnej mieszaniny, transfer Penninga, jednorodne, analityczne lub rozwiązane pola elektryczne, pola magnetyczne.
SygnałShockley–Ramo na elektrodzie odczytowej z wyidealizowanym torem elektroniki; dowolny kształt elektrod, gdy pojawi się rozwiązanie pola wagowego MFEM.
02
Czym jest dziś
Z kodem dostarczane są trzy przykładowe konfiguracje. Jedna z nich, komora rozszczepieniowa opisana wyżej, przeszła przez wszystkie etapy, z wynikami zapisanymi i porównanymi z literaturą. Dwie pozostałe przechodzą przez pierwsze etapy. Wszystko inne, na co pozwala projekt, to na razie teren niezbadany.
Która konfiguracja przeszła przez który etap
Według dostarczanych konfiguracji i zapisanych wyników. Stan jest wypisany w każdej komórce słowami, a nie tylko kolorem.
| konfiguracja | Transport | Ładunek przestrzenny | NIDHOGG | EIR | Sygnał | Benchmarki |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Skrzynka z gazemsześcian P-10, 10 cm · neutrony 2,45 MeV | działa | działa | działa | jeszcze nie | jeszcze nie | jeszcze nie |
| Komora jonizacyjnapowietrze · płaskorównoległa, 30 mm · 300 V | działa | działa | jeszcze nie | jeszcze nie | jeszcze nie | jeszcze nie |
| Komora rozszczepieniowawspółosiowa, P-10 · U₃O₈ · neutrony termiczne | zapisane wyniki | zapisane wyniki | zapisane wyniki | zapisane wyniki | zapisane wyniki | zapisane wyniki |
Ocenione metrologicznie
En według ISO 13528 porównuje wartość z konsensusem danych referencyjnych przy niepewnościach rozszerzonych (k = 2); |En| ≤ 1 oznacza zaliczenie. Trzy przechodzą. Wartość W, czyli własna fizyka gazowa NIDHOGG, leży tuż poza pasmem, przy En = −1,24, o 6 % za nisko: to praca w toku i nasz najwyraźniejszy obszar do poprawy, opisany niżej. A ponieważ każdy rekord referencyjny ma wciąż poziom 2, nawet zaliczenie to benchmarking, a nie walidacja.
wynik Eₙ|Eₙ| ≤ 1 zaliczone
Jak wartość W naprawdę wpływa na wyniki ↓Pokaż jako tabelę
Dziedzina, którą objęłaby dzisiejsza walidacja
Wszystko, co dotąd sprawdzono, mieści się w tych sześciu wierszach. Duże strumienie, tryb prądowy, inne gazy, pola magnetyczne, szczeliny poniżej milimetra i bardzo duże moce dawki leżą poza nią.
P-10
gaz roboczy (skonfigurowane także suche powietrze)
0,025 eV
wyłącznie neutrony termiczne
3–25 mm
promienie współosiowe; jedna płaskorównoległa 30 mm
300 V
polaryzacja; bez pola magnetycznego
tryb impulsowy
bez spiętrzeń, bez trybu Campbella
≤ 20 keV
elektrony w MC degradacji
obszar do poprawy
Wydajność par jonów: nasz następny krok w górę
Każdy impuls zaczyna się od jednego dzielenia: pary jonów = zdeponowana energia ÷ W. Test Eₙ powyżej pokazuje, gdzie to dzielenie może być lepsze, a liczby poniżej pokazują, że poprawa jest w zasięgu ręki.
W: odchylenie 6 % z wyraźną dźwignią
NIDHOGG daje 24,64 eV na parę jonów w P-10, o 6 % mniej niż konsensus danych referencyjnych 26,21 eV, więc dziś liczy o około 6 % za dużo par na MeV. Główną dźwignią jest jedna, dobrze rozumiana liczba: prawdopodobieństwo transferu Penninga, ustawione obecnie na środkową wartość z literatury. Dopasowanie jej do pierwotnych pomiarów W wymaga danych, a nie nowego kodu.
Zdeponowana energia: nasz własny model hamowania
To, ile energii fragment rozszczepienia zostawia w gazie i jak daleko dociera, wyznacza jego zdolność hamowania. Geant4 nie zawiera stablicowanej zdolności hamowania fragmentu rozszczepienia w żadnym gazie, więc dziś te straty energii są ekstrapolacją z lżejszych jonów.
Pracujemy nad własnym modelem hamowania fragmentów rozszczepienia w gazie.
Jak bardzo naprawdę zmienia to wyniki
Zapisane zdarzenie referencyjne (101,6 MeV w gazie), przeskalowane wzorem N = E/W do konsensusowego W. To przeskalowanie, a nie nowy przebieg; zakładamy, że impuls skaluje się z liczbą par.
opublikowane: 100 MeV / 26 eVz symulacji, W = 24,64 eVz konsensusowym W = 26,21 eV
+7,2 % → +0,7 %
benchmark par jonów: niemal całe jego odchylenie to przesunięcie W
−6,0 %
wytworzonych par, gdy W zgadza się z danymi referencyjnymi
321 → 315 fC
ładunek impulsu, tylko −2,0 %: dwie trzecie jego par już używa 26 eV
03
Dokąd zmierza
Pierwszy krok ma spisany plan. Kolejność dalszych to odczytanie backlogu, planu walidacji i notatki o FLASH, posortowane według tego, co każdy krok odblokowuje.
- TerazKomora rozszczepieniowa od początku do końcaPięć etapów, osiem benchmarków, samodzielny NIDHOGG, BIFROST z przypadkami, sterowaniem przebiegiem i wykresami detektorów na gałęziach rozwojowych. Własny model hamowania jest w toku.
- DalejWymienne źródła pompowaniaNeutrony, wiązki elektronów i wiązki jonów przez jeden niezmieniony łańcuch.
- PotemWalidacja i porównania z innymi kodamiDane poziomu 1 dla W, dryfu i energii roju; warianty EM Geant4 i niezależny kod ciężkojonowy jako porównania kontrolne.
- PóźniejFLASH i fizyka samouzgodnionaImpulsy o bardzo dużej mocy dawki, ładunek przestrzenny oddziałujący wstecz na transport, kinetyka kolizyjno-radiacyjna.
Nasz własny model hamowania
Zdolność hamowania fragmentu rozszczepienia decyduje, ile energii zostawia on w gazie i jak daleko dociera, a więc, po podzieleniu przez W, od ilu par jonów zaczyna się każdy impuls. Geant4 nie zawiera stablicowanej zdolności hamowania fragmentu rozszczepienia w żadnym gazie, a dzisiejsze straty energii to ekstrapolacja z lżejszych jonów. Budujemy własny model, który ją zastąpi.
- Co wyznacza: zdeponowaną energię, zasięg fragmentu i liczbę par jonów, od której zaczyna się każdy impuls.
- Jak zostanie sprawdzony: wobec niezależnego kodu hamowania ciężkich jonów oraz wobec zmierzonych strat energii i zasięgu fragmentów w argonie (V7).
- Dlaczego to ważne: hamowanie fragmentów to jedna z dwóch największych niepewności fizycznych wskazanych w projekcie, a leży na samym początku sygnału komory rozszczepieniowej.
Wymienne źródła pompowania
Dziś źródło jest na sztywno ustawione na neutrony. Wymienne źródło doda wiązki elektronów i jonów ze strukturą czasową impulsu, wybierane w konfiguracji. Potem jeden gaz, jedna geometria, jedno ziarno, dwa przebiegi różniące się tylko źródłem: fragmenty rozszczepienia i szybka wiązka elektronów deponują tę samą energię przy zupełnie innej strukturze śladu, a różnica staje się pomiarem.
Powinno się zgadzać
- wartość W
- podział na jonizacje i wzbudzenia
- widmo elektronów wtórnych powyżej ~100 eV
Powinno się różnić
- gęstość jonizacji wzdłuż śladu
- przeżycie przy rekombinacji kolumnowej
- ładunek zebrany na jednostkę zdeponowanej energii
Wiązkę elektronów przez okienko z folii ma zwykłe laboratorium; reaktora nie ma. Najpierw bramka: ścieżka neutronowa nie może przesunąć się ani o jedną cyfrę.
Siedem porównań do pierwszego „zwalidowane”
Każde wskazuje obserwablę, pomiar do zdobycia i to, czego potrzebowałby kod. Żadne nie jest ogłaszane jako zrobione.
| obserwabla | wymaga | |
|---|---|---|
| V1 | wartość W dla P-10 dla szybkich elektronów, z pomiarów pierwotnych | tylko dane |
| V2 | prędkość dryfu w funkcji E/p, jako krzywa | tylko dane |
| V3 | EEDF, średnia energia i dyfuzja poprzeczna przy dopasowanym E/N | tylko dane |
| V4 | wydajność jonizacji fragmentów rozszczepienia: defekt amplitudy impulsu | zmiana w kodzie |
| V5 | zebrany ładunek i widmo amplitud opublikowanej komory | dopasowana konfiguracja |
| V6 | wydajność zbierania w funkcji pola: krzywe nasycenia | zmiana w kodzie |
| V7 | straty energii i zasięg fragmentów w argonie | tylko dane |
V1–V3 wymagają tylko plików z danymi i dałyby pierwszą uczciwą etykietę „zwalidowane”, dla fizyki rojowej etapu 3. V4 i V6 to miejsca, gdzie fizyka jest naprawdę niepewna i gdzie walidacja najbardziej przesunęłaby wyniki.
Dozymetria FLASH: tam, gdzie zmierzone krzywe już istnieją
Radioterapia FLASH podaje dawkę z bardzo dużą mocą, w pojedynczych mikrosekundowych impulsach sięgających kilku grejów, tam gdzie konwencjonalne wiązki dają około miligreja. Przy takiej dawce na impuls wypełnione powietrzem komory jonizacyjne dozymetrii klinicznej tracą ładunek na rekombinację, zanim zostanie zebrany, a poprawka Boaga, na której opierają się protokoły, przestaje być dokładna.
Dla GLEIPNIR to otwarcie. Wydajność zbierania w funkcji dawki na impuls jest publikowana dla standardowych komór komercyjnych przez kilka grup: dokładnie ta niezależna obserwabla eksperymentalna, której projektowi brakuje. Większość łańcucha ma już właściwy kształt: konfigurację komory powietrznej, model Boaga w EIR, rozwiązanie pola MFEM i zbieranie ładunku. Na drodze stoi sześć rzeczy:
- B1 cząstka pierwotna jest na sztywno ustawiona na neutrony (plan źródeł to naprawia);
- B2 brak struktury czasowej impulsu: każde zdarzenie to jedna cząstka w chwili t = 0;
- B3 zdarzenie to nie impuls: impuls FLASH to 10⁷–10⁹ cząstek dzielących jedną chmurę ładunku;
- B4 ładunek przestrzenny działa tylko w jedną stronę, a przy dawce FLASH pole zapada się w trakcie impulsu;
- B5 brak w modelu Boaga udziału swobodnych elektronów dla powietrza;
- B6 dostarczana szczelina ma 30 mm, a komory FLASH mają 1–2 mm.
Dlaczego szczelina ma znaczenie
W modelu Boaga parametr rekombinacji rośnie z kwadratem odstępu elektrod, u ∝ d². W porównaniu z komorą Advanced Markus o szczelinie 1 mm dostarczana konfiguracja 30 mm ma 900 razy większe u.
Głębsza fizyka
- Samouzgodniony ładunek przestrzenny. Ponowne rozwiązywanie pola, gdy ładunek się przemieszcza, i przekazywanie go z powrotem do transportu; punkt sprzężenia już istnieje i jest przetestowany.
- Elektrony relatywistyczne. Rozszerzenie MC degradacji powyżej 20 keV, by elektrony comptonowskie o energiach MeV były transportowane, a nie wykluczane.
- Pole wagowe z MFEM. Rozwiązanie potencjału wagowego dla dowolnych elektrod, nie tylko analitycznych płyt i układu współosiowego.
- Tryby Campbella i prądowy. Nakładanie zdarzeń przy ciągłej częstości na istniejącą warstwę prądu na zdarzenie.
- Prawdziwy transport jonów. Zastąpienie jonów o stałej ruchliwości dyfuzją, zderzeniami i rekombinacją.
- Defekt jonizacji fragmentów. Zależne od jonu W dla depozytów fragmentów rozszczepienia, prawdopodobnie największy błąd zebranego ładunku.
- Rekombinacja poza wzorami zamkniętymi. Jawny solver dryfu, dyfuzji i reakcji, rekombinacja jon–jon, współczynniki dla każdego gazu.
- Kinetyka stanów. Wzbudzenia obserwowane zderzenie po zderzeniu w zmodyfikowanym kodzie rojowym opartym na Magboltz, w stronę modelu kolizyjno-radiacyjnego.
BIFROST: od wizualizatora do sterowni
Główna linia rysuje geometrię oraz zapisuje i odtwarza sesje. Gałęzie rozwojowe idą znacznie dalej:
- Przypadki: gotowe przebiegi z bezpiecznymi parametrami, uruchamiane ze strony
- Sterowanie przebiegiem: start, pauza, wznowienie, przerwanie, wstrzymanie
- Rysowanie geometrii i pól przed przebiegiem
- Rysowanie śladów po przebiegu, z suwakiem czasu i przyciskiem Play
- Zakładka Detectors: każdy wirtualny detektor na wykresie
- Porównywanie przebiegów: podsumowania, pochodzenie, połączone statystyki
- Pola i ślady na żywo, nie tylko po przebiegu
- Jedna oś czasu przebiegu łącząca Geant4, NIDHOGG, EIR i sygnał
Silnik i porównania z innymi kodami
Szybszy NIDHOGG
Jego pętle obliczeniowe przechodzą jedna po drugiej do natywnego silnika, każda za bramką zgodności bit w bit; pierwsza już przeszła. Cały silnik przejdzie dopiero, gdy przejdą wszystkie pętle.
Warianty EM Geant4
option3 i option4 wobec domyślnego: zmiana wyłącznie w konfiguracji i najtańsze dostępne porównanie z innym kodem.
Niezależne sprawdzenie ciężkojonowe
CATIMA, niezależny kod hamowania ciężkich jonów, do przetestowania naszego modelu hamowania, zanim zastąpi dzisiejszą ekstrapolację.